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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-83453
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8345/


Erkennung Katheter-assoziierter Infektionen mittels Mikrokalorimetrie

Microcalorimetric detection of Catheter-related bloodstream infections

Leupold, Lena Sophie

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SWD-Schlagwörter: Mikrokalorimetrie , Sepsis , Kavakatheter , Infektion , Diagnostik
Basisklassifikation: 44.43 , 44.67 , 44.03 , 44.51 , 44.69
Institut: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin, Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Singer, Dominique (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 02.02.2017
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 17.02.2017
Kurzfassung auf Deutsch: Hintergrund
In Deutschland versterben täglich 162 Menschen an einer Sepsis. Bei 60-80% der Septitiden handelt es sich um nosokomiale Infektionen. Pro 1000 Kathetertage ergeben sich 1,26 Katheter-assoziierte Infektionen. Die Letalitätsrate für Katheter-assoziierte Septitiden liegt bei ca. 10,9%. Insbesondere im Kindesalter muss die Indikation für einen zentralvenösen Katheter streng gestellt werden, da sich das Risiko einer Katheter-assoziierten Sepsis mit der Liegedauer stetig erhöht. Die Diagnostik einer Katheter-assoziierten Sepsis dauert mit der Roll-Plate Methode, dem mikrobiologischen Goldstandard, bis zu 72 Stunden.
Fragestellung
Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen zeigen, dass die Mikrokalorimetrie sich als schnelle Methode zur Detektion und Identifikation von Mikroorganismen eignet. Zur Identifikation der Keimspezies trägt der „kalorische Fingerabdruck“ bei: Eine Bakterienspezies zeigt im gleichen Nährmedium wiederholt die gleiche, individuelle Form einer Wärmeflusskurve. In einer experimentellen Voruntersuchung von Weiser (2011) konnte gezeigt werden, dass die mikrokalorimetrische Detektion artifiziell besiedelter Katheter in einem Zeitraum von 10 Stunden möglich ist. In der vorliegenden Untersuchung sollte geklärt werden, ob sich die Mikrokalorimetrie auch zur Diagnostik Katheter-assoziierter Infektionen „echter Patienten“ eignet.
Material und Methoden
Hierzu wurden von gezogenen Kathetern aus der neonatologisch-pädiatrischen und der Erwachsenen-Intensivmedizin je zwei ca. 1 cm lange Teilstücke unter sterilen Kautelen abgeschnitten und konventionell-mikrobiologisch sowie mikrokalorimetrisch untersucht. Die mikrokalorimetrischen Messungen erfolgten in einem isothermen Wärmeflusskalorimeter (2277 Thermal Activity Monitor, ThermoMetric AB, Lund, Schweden) bei einer Inkubationstemperatur von 37°C über einen Zeitraum von 10 Stunden; dabei wurden jeweils parallel die Katheterspitze selbst und das Lagerungsmedium, in dem diese Katheterspitze aufbewahrt worden war, in einer Nährlösung inkubiert.

Ergebnisse
Es konnten 35 Katheter untersucht werden, 21 aus der neonatologisch-pädiatrischen und 14 aus der Erwachsenen-Intensivmedizin. Davon erwiesen sich 8 mikrobiologisch als besiedelt; von diesen ergaben 4 einen positiven mikrokalorimetrischen Befund (Sensitivität 50%). Die übrigen 27 waren mikrobiologisch nicht besiedelt, alle diese ergaben auch mikrokalorimetrisch einen negativen Befund (Spezifität 100%). Alle 4 mikrokalorimetrisch positiven Befunde wurden auch mikrobiologisch bestätigt, waren also „richtig positiv“ (positiver prädiktiver Wert 100%). Von den 31 negativen mikrokalorimetrischen Befunden wurden 27 mikrobiologisch bestätigt, waren also „richtig negativ“ (negativer prädiktiver Wert 87%). Unter den mikrokalorimetrisch positiven Befunden ergab eine Probe ein Wärmeflusssignal, welches für die später identifizierte Keimspezies (Staphylococcus aureus) im Sinne eines „kalorischen Fingerabdrucks“ charakteristisch war. Eine weitere Probe zeigte einen mikrokalorimetrisch bisher unbekannten Keim (Acinetobacter baumanii). Bei zwei weiteren Proben handelte es sich um Mischinfektionen. In zwei Fällen resultierte bei Inkubation des Lagerungsmediums ein höheres Wärmeflusssignal als bei Inkubation der Katheterspitze.
Diskussion
Bemerkenswerterweise ergaben sich keine „falsch positiven“ mikrokalorimetrischen Befunde, wie sie infolge von Blut- und Medikamentenrückständen an Kathetern von „echten Patienten“ zu erwarten gewesen wären. Die vier mikrokalorimetrisch „falsch negativen“ Katheter erwiesen sich auch mikrobiologisch erst nach 48-stündiger Bebrütung als bewachsen; die Blutkulturen dieser Patienten waren steril, sodass keine Sepsis im engeren Sinne vorlag. Die teilweise wesentlich niedrigeren Wärmeflussraten bei Inkubation der Katheterspitze könnten auf Biofilmbildung zurückzuführen sein; die Messung von Bakteriensuspensionen (Lagerungsmedium in Nährlösung) scheint zu höheren Wärmeflussraten zu führen.
Schlussfolgerung
Die Mikrokalorimetrie ist zur Detektion von Katheter-assoziierter Infektionen auch bei „echten Patienten“ in der Lage und könnte den mikrobiologischen Goldstandard als schnelleres Screeningverfahren ergänzen. Hierzu wären jedoch weitere methodische Standardisierungen und größere klinische Studien erforderlich.
Kurzfassung auf Englisch: Background
On average there are 162 deaths of sepsis per day in Germany, with 60-80% of all cases being nosocomial infections. The incidence of catheter-related or central line-associated bloodstream infections (CRBSIs, CLABSIs) amounts to 1.26 per 1000 catheter days, their mortality rate is 10.9 %. As the risk of catheter-related sepsis increases with ongoing duration of catheterization, the indication of central-venous catheters has to be carefully determined. If the conventional roll-plate method is used, the microbiological diagnosis of a catheter-related sepsis takes about 72 hours.
Aim of the Study
As has been shown by other authors, microcalorimetry is a quick method to detect and identify microorganisms. Under comparable incubation conditions, every bacterial species repeatedly shows the same, individual time course of heat flow (“caloric fingerprint”). During a preliminary study in 2011, Weiser found out that under laboratory conditions, the microcalorimetric detection of bacterial species, being artificially grown on catheters, is possible in just 10 hours. The aim of the present study was to analyse if microcalorimetry is eligible for the diagnosis of catheter-related infections under clinical conditions, as well.
Materials and Methods
Central venous catheters that had been removed from patients of the neonatological, pediatric, or adult intensive care unit, respectively, were cut into two pieces to be analysed both in the conventional microbiological and in the microcalorimetric way. The microcalorimetric measurements were carried out in a isothermal heat flow calorimeter (2277 Thermal Activity Monitor, ThermoMetric AB, Lund, Sweden) for 10 hours at 37 °C. The catheter tips themselves and the storage media were independently studied in an incubation solution.
Results
21 out of the 35 catheters studied came from the neonatological or pediatric and 14 from the adult intensive care unit. It turned out that 8 of those catheters were microbiologically overgrown, 4 of those showed positive results when being analysed microcalorimetrically. Thus, the microcalorimetric method revealed a sensitivity of 50%. Furthermore, all of the other 27 sterile catheters showed negative results when being analysed microcalorimetrically. Therefore, the specificity of the microcalorimetric method is 100%. Moreover, all of the 4 microcalorimetric positive results were proven right by the microbiological method (positive predictive value 100%). Of the 31 microcalorimetric negative results there were 27 proven right and 4 proven wrong by the microbiological method (negative predictive value 87%). One of the 4 positive microcalorimetric record was typical of the identified germinal species (Staphylococcus aureus). Another positive sample turned out to be a microcalorimetrically unprecedented species (Acinetobacter baumanii). The two remaining samples with microcalorimetrically positive results reflected multiple infections with more than one pathogen. In two cases, the heat flow signal was higher with the incubation of the storage media than with the incubation of the catheter tips themselves.
Discussion
Unexpectedly, the microcalorimetric method never showed any false positive results that could have happened as a consequence of any blood or drug residues on the catheters. The 4 catheters that were incorrectly analysed negative by the microcalorimetric method, also needed 48 hours of incubation time to show positive results, using the microbiological method. Furthermore, the blood cultures of those patients were sterile, thus there was no sepsis in a narrower sense. The notably lower heat flow rates of the catheter tips themselves (as compared to the storage media) could be the consequence of biofilm formation. The heat flow rates of the storage media in incubation solutions seem to be higher.
Conclusion
Microcalorimetry appears as a promising method to detect catheter-related bloodstream infections not only under laboratory, but also under clinical conditions and could complement the microbiological gold standard as a quicker screening tool. However, to validate microcalorimetry in intensive care medicine, more extensive clinical studies with highly standardized measuring procedures would be needed.


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